锅炉设备管理之一受热面管理

锅炉管理及节能减排新技术高级培训班主讲：王和平设备技术管理培训中心12Part1.国家对锅炉管理相关法律法规Part2.锅炉的现状分析Part3.锅炉设备管理Part4.锅炉安全管理Part5.锅炉的节能和减排Part6.锅炉检验和试验Part7.锅炉四新技术Part8.锅炉个性技术目录3Part3.锅炉设备管理2.锅炉设备管理（1）受热面设备管理（2）燃烧设备管理（4）辅助设备管理（3）环保设备管理设备管理一、设备投运前的管理1.锅炉设备选型和评价。2.锅炉设备订购、监造和运输。3.锅炉安装、调试和验收。锅炉设备管理二、设备使用管理1.设备的使用和维护。2.锅炉设备分工管理。3.锅炉设备异动和缺陷管理。4.锅炉设备备品备件管理。锅炉设备管理三、锅炉检修管理1.检修计划、检修过程、检修监督。2.锅炉技术监督。3.锅炉压力容器、管道检验。锅炉设备管理四、锅炉设备结构1.受热面设备管理。2.燃烧设备管理。3.辅助设备管理。4.环保设备管理。锅炉受热面2010-7-29一、汽水系统2010-7-29疏水疏水箱省煤器取样加药炉膛侧水冷壁分离器炉膛侧水冷壁炉膛正方水冷壁炉膛后壁和顶部水冷壁汽包壁温测点壁温测点壁温测点壁温测点壁温测点壁温测点壁温测点壁温测点去过热器去过热器去过热器去过热器去过热器去过热器去取样间锅水抽样紧急放水给水定排扩容器2010-7-29省煤器利用锅炉尾部烟气的热量，加热锅炉给水，提高给水温度的设备。2010-7-292010-7-292010-7-29省煤器省煤器布置在锅炉对流烟道的尾部，烟温较低，常通称为尾部受热面。本章重点：省煤器的种类、结构、工作原理以及布置方式。积灰、磨损、低温腐蚀的形成原因、防止措施。2010-7-29省煤器省煤器的作用和种类（一）省煤器的作用利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水。节省燃料改善了汽包的工作条件。降低了锅炉造价。（二）省煤器的种类材料为钢管。按出口水温分为沸腾式和非沸腾式省煤器。2010-7-29省煤器的结构及布置（一）结构及工作原理结构如图所示。省煤器按高度可分成几段，每段高度为11.5m，段间空间为0.60.8m；省煤器与其相邻的空气预热器之间应留0.81m高的空间。2010-7-292010-7-29积灰受热面的积灰积灰的危害影响松散积灰的因素及减轻的方法2010-7-292010-7-29尾部受热面的磨损(一）磨损的定义：携带固态灰粒的烟气，以一定流速流过受热面时，灰粒对受热面的撞击会削去微小的金属屑，这种现象称为飞灰磨损。（二）磨损的危害：磨损会使受热面管壁渐变薄，最终导致泄漏和爆破事故，直接威胁锅炉安全运行；同时停炉更换磨损部件还要耗费大量的工时和钢材，这将造成经济损失。2010-7-29影响磨损的因素飞灰速度：省煤器的烟速一般不得超过9m/s。飞灰浓度：飞灰浓度大，磨损加剧。飞来撞击率：撞击率与多种因素有关。灰粒特性：灰粒越粗，越硬，磨损越严重。管束的结构特性：烟气纵向冲刷比横向轻。2010-7-29减轻磨损的措施1.控制烟气流速降低烟气流速能减轻磨损，但烟气流速降低增加积灰和堵灰，所以烟气流速应控制适当。省煤器中烟速最大不宜超过9m/s。2.加装防磨装置由于结构特点或流动不均，磨损是不均匀的常在管子易磨损部位加装防磨装置。省煤器的防磨装置。检修时只需更换这些部件即可。2010-7-29尾部受热面的低温腐蚀（一）低温腐蚀的定义烟气中的硫酸蒸汽在低温受热面上凝结，对金属产生的强烈腐蚀称为低温腐蚀。（二）低温腐蚀的部位它一般出现在烟温较低的低温级空气预热器的低温区域，甚至扩展到烟道、除尘器和引风机。2010-7-29腐蚀的危害（1）导致受热面破坏泄漏，使大量空气漏入烟气中既影响锅炉燃烧，又使引风机负荷增大，电耗增加;（2）与腐蚀同时，还会出现低温结积灰，积灰使排烟温度升高，引阻力增加，锅炉出力降低，甚至强迫停炉清灰；（3）腐蚀严重，还将导致大量受热面更换，造成经济上的巨大损失。如上所示低温腐蚀将严重危及锅炉安全、经济运行。2010-7-29腐蚀速度腐蚀速度与管壁上凝结下来的硫酸浓度、管壁上凝结的酸量以及管壁温度有关。凝结酸量越多，腐蚀速度越快：金属壁温越高，腐蚀速度也越快。尾部受热面上，沿烟气流向，腐蚀的变化是比较复杂的，它是管壁温度、凝结酸量与硫酸浓度三者的综合。2010-7-29影响低温腐蚀的因素影响低温腐蚀的主要是烟气中三氧化硫含量。这是因为烟气中三氧化硫含量的增加，一方面会使烟气露点上升；另一方面会使硫酸蒸汽含量增加。前者使受热面容结露引起腐蚀，后者使腐蚀程度加剧。2010-7-29减轻低温腐蚀的方法减少烟气中三氧化硫；提高金属壁温或使壁温避开严重腐蚀的区域；采用抗腐蚀材料制作低温受热面来防止或减轻低温腐蚀。2010-7-29具体措施燃料脱硫低氧燃烧加入添加剂热风再循环采用暖风器空气预热器冷端采用抗腐蚀材料采用抗腐材料可减轻腐蚀，但不能防止低温粘结积灰，因而必须加强吹灰。2010-7-292010-7-29省煤器的支吊方式方式：支承结构与悬吊结构两种。省煤器用悬吊结构时，一般省煤器出口联箱引出管就是悬吊管，用省煤器出口给水来进行冷却，工作可靠。2010-7-292010-7-292010-7-292010-7-292010-7-29省煤器的启动保护原因：省煤器起动时，常是间断给水，省煤器中的水处于停滞状态。易造成管壁超温烧坏。一般保护方法是在省煤器进口与汽包下部之间装有不受热的再循环管。或是在省煤器出口与除氧器之间装有一根带阀门的再循环管。2010-7-292010-7-29锅炉的蒸发设备锅炉中吸收火焰和烟气的热量使水转化为饱和蒸汽的受热面称为蒸发受热面。自然循环锅炉的蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱及连接管道等组成。蒸发设备的任务：吸收炉内燃料燃烧放出的热量，使给水变成一定压力和温度的蒸汽。2010-7-29水冷壁2010-7-29锅炉的蒸发设备2010-7-29二）作用：吸收炉内的烟气高温辐射热；保护炉墙；简化炉墙，减轻炉墙的重量。2010-7-29下降管作用：把汽包中的水不断送入水冷壁，以维持正常水循环。2010-7-292010-7-29自然循环原理＊2010-7-29自然循环的故障主要故障有：上升管中工质产生循环停滞、循环倒流、汽水分层、下降管带汽等。一）循环停滞二）循环倒流三）汽水分层四）下降管带水＊2010-7-29过热设备与再热器2010-7-29过热器与再热器过热器与再热器的型式和结构；热偏差；过热器与再热器的汽温调节；过热器与再热器的烟气侧工作过程。2010-7-29过热器、再热器设计与运行的主要原则有下列三个：（1）防止受热面金属温度超过材料的许用温度；（2）过热器与再热器温度特性好，在较大的负荷范围内能通过调节维持额定汽温；（3）防止受热面管束积灰、磨损和腐蚀。2010-7-29过热器与再热器的型式和结构按传热方式分类，过热器可分为对流型、辐射型及半辐射型三种型式。高压以上的大型锅炉大多采用辐射、半辐射与对流型多级布置的联合型过热器。过热器的蒸汽高温段采用对流型、低温段采用辐射或半辐射型，以降低受热面管壁钢材温度。屏式半辐射型过热器通常布置在锅炉炉膛的上部空间；辐射型过热器通常布置在炉顶、炉膛的上部和转向室等贴墙处；对流型过热器布置在水平和垂直烟道中。2010-7-292010-7-292010-7-292010-7-29蛇形管束结构2010-7-292010-7-29对流过热器的烟气流速由防止受热面的积灰和磨损、传热效果和烟气流动压力降等诸因素决定。为防止管束积灰，额定负荷时对流受热面的烟气流速不宜低于6m/s。在靠近炉膛出口烟道中，烟气温度较高，灰粒较软，受热面的磨损不明显，可采用10~12m/s以上的流速；当烟气温度降到600~700℃以下时，灰粒变硬，磨损加剧，烟气流速不宜高于9m/s。选取合理的烟速，既有较好的传热效果，又能防止受热面的磨损和积灰。2010-7-29顶棚管式过热器布置在全炉顶上，吸收炉膛及烟道内的辐射传热量。水平烟道、转向室及垂直烟道的周壁也都布置壁式过热器，称为包覆管。炉膛、炉顶管及包覆管等壁式过热器一般都采用膜式受热面结构。它的作用是：简化了炉墙结构和炉墙重量，并减少了炉膛烟道的漏风量。2010-7-29布置在炉膛内高热负荷区内的壁式过热器，必须采用较高的质量流速w，一般推荐w=1000~1500kg/(m2s)。为了降低其管壁金属温度，常将其作为低温过热器段受热面。壁式过热器一般选用内径40mm左右的管子作受热面。2010-7-29半辐射式过热器屏式过热器有大屏、前屏及后屏三种，大屏或前屏过热器布置在炉膛上前部，屏间距离较大，屏数较少，吸收炉膛内高温烟气的辐射传热。后屏过热器布置在炉膛出口处，屏数相对较多，屏间距相对较小，它既吸收炉膛内的辐射热，又吸收烟气冲刷受热面时的对流传热，故又称为半辐射式过热器。2010-7-292010-7-29再热器的结构与布置特点（一）再热器的工作特点再热蒸汽压力较低，比容较大，蒸汽的流动阻力也较大。它直接影响再热机组的热效率。若系统阻力增大，蒸汽压降增加，势必降低汽轮机中、低压缸的进汽压力，使汽轮机热耗增加。因此，再热系统的压降限制在0.2MPa以内。蒸汽压力愈低，密度愈小，传热性能愈差。再热蒸汽的放热系数比过热蒸汽的小的多,约为其20%。2010-7-29再热器的结构特点国产再热机组大多布置在烟温不超过850℃的对流烟道中。为限制再热器的压力降，一般采取以下措施：（1）适当降低再热器中蒸汽的质量流速。推荐对流再热器的质量流速w=250~400kg/(m2s)，辐射再热器w=1000~1200kg/(m2s)。（2）再热器受热面管子直径与联箱直径较大；管圈数增多，管间节距增大。（3）简化再热器系统。2010-7-29为了维持再热器的管壁金属温度低于其金属材料的许用温度，可采取以下措施：（1）再热器大都为对流型受热面，并布置在高温对流过热器后的烟道内；（2）有的锅炉把部分再热器做成壁式受热面布置在炉膛上部吸收炉膛辐射传热量或做成后屏再热器布置在后屏过热器之后作为第二后屏。（3）选取许用温度较高的钢材。2010-7-29热偏差一、基本概念过热器是由许多并列管子组成的管组。在这些并列工作的管子中，个别管内工质的焓增偏离管组平均工质焓增的现象，称为热偏差。热偏差的大小可用热偏差系数来表示。oppgRRo2010-7-29※过热器与再热器产生热偏差的原因；（1）并列管受热不均；（2）蒸汽流量不均；（3）管圈的阻力特性的影响；（4）工质密度的大小。2010-7-29减小热偏差的措施（一）受热面分段串联（二）交错布置2010-7-29汽温调节一、汽温要求维持稳定的过热蒸汽与再热蒸汽的温度是锅炉设计、运行的重要任务。现代大型锅炉允许波动的范围大都是＋5~–10℃。二、汽温特性蒸汽温度与锅炉负荷的关系，称为汽温特性。2010-7-29辐射过热器的吸热量决定于炉膛烟气的平均温度。当锅炉负荷增加时，辐射过热器中蒸汽流量按比例增大，而炉膛火焰的平均温度却增加不多。所以，随着锅炉负荷增加，辐射过热器的出口汽温下降。2010-7-29汽温的调节方法可分为：蒸汽侧调节和烟气侧调节。蒸汽侧通常是改变蒸汽的热焓来调节汽温。主要方法是在减温器中，用水冷却蒸汽，常用的减温器为喷水式。这种调温方法只能减温，而不能升温。烟气侧调节是用改变过热器、再热器所在区域的烟气放热量来调节汽温。常用的方法有分隔烟道挡板、改变火焰中心高度及烟气再循环。这种调温方式既能降温又能升温。2010-7-29混合式减温器减温水通过喷嘴雾化后喷入蒸汽的减温器称混合式减温器。它由雾化喷嘴、连接管、保护管及外壳等组成。2010-7-292010-7-29烟气挡板调节汽温装置烟气挡板调节汽温装置是用来调节再热汽温度。它有旁通烟道和平行烟道两种，平行烟道又可分为再热器与省煤器和再热器与过热器并联两种。2010-7-29改变方